- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •1. Основы формирования в сталях и чугунах литой структуры
- •Литейные стали и чугуны как сплавы системы Fe-c. Современное состояние производства отливок из чугуна и стали в России и в мире.
- •Литейные стали и чугуны как сплавы системы Fe-c.
- •1.1.2 Современное состояние производства отливок из чугуна и стали в России и в мире.
- •Формирование в литых сталях и чугунах фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме.
- •1.2.1 Формирование в литых сталях фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме
- •1.2.2 Формирование в чугунах фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме
- •2. Основы технологии производства стальных отливок
- •2.1. Классификация литейных сталей, предъявляемые к ним требования. Влияние химического состава на структуру и свойства. Выбор легирующих элементов. Структурная диаграмма Шеффлера
- •2.1.1 Классификация литейных сталей, предъявляемые к ним требования.
- •2.1.2 Влияние химического состава на структуру и свойства
- •2.1.3 Выбор легирующих элементов
- •2.2. Плавка литейных сталей: шихтовые материалы; плавильные печи; методы плавки. Технология плавки стали в электродуговых печах с основной футеровкой
- •Шихтовые материалы
- •2.2.2 Плавильные печи
- •2.2.3 Методы плавки.
- •2.2.4. Плавка стали в дуговых электропечах с основной футеровкой
- •2.2.4.1 Плавка стали с окислением
- •2.2.4.2 Плавка стали с частичным окислением
- •2.2.4.3 Плавка стали без окисления
- •Плавка стали в дуговых печах с кислой футеровкой и индукционных тигельных печах
- •2.3.1 Плавка стали в дуговых печах с кислой футеровкой
- •2.3.2 Плавка стали в индукционных печах
- •2.3.3 Плавка стали в вакуумных индукционных печах
- •2.4. Особенности плавки литейных сталей со специальными свойствами
- •2.4.1. Особенности плавки высокомарганцевых износостойких сталей
- •2.4.2 Особенности плавки высокохромистых коррозионностойких литейных сталей
- •2.4.3 Особенности плавки хладостойких литейных сталей
- •2.4.4 Методика расчета шихты для выплавки литейных сталей
- •2.4.4.1 Задача расчета шихты
- •Этапы расчета шихты
- •2.5. Внепечная обработка и разливка стали
- •2.5.1 Выпуск плавки в литейные ковши
- •2.5.2 Внепечная обработка стали
- •2.5.2.1 Раскисление стали
- •2.5.2.2 Продувка стали в ковше инертными (нейтральными) газами
- •2.5.2.3 Вакуумирование стали в ковше
- •2.5.3 Разливка стали в литейные формы
- •Литниковые системы для стального литья
- •2.5.4.1. Выбор конструкции литниковой системы
- •2.5.4.2. Расчет литниковой системы при заливке форм из поворотного ковша
- •2.5.4.3. Расчет литниковой системы при заливке форм из стопорного ковша
- •2.5.4.4. Расчет элементов литниковой системы
- •2.6. Литейные свойства сталей (жидкотекучесть, линейная и объемная усадка) и их влияние на качество отливок.
- •2.6.1 Жидкотекучесть литейных сталей
- •2.6.2 Усадка литейных сталей
- •2.7. Формирование стальных отливок в литейной форме
- •2.7.1. Затвердевание стальных отливок
- •2.7.2. Питание стальных отливок.
- •2.7.3. Расчет прибылей.
- •2.9. Особенности технологии производства отливок из различных сталей.
- •2.9.1. Особенности изготовления отливок из углеродистых сталей.
- •2.9.2. Особенности изготовления отливок из низколегированных сталей
- •Раздел 3
- •3.1.1. Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности
- •3.1.2. Классификация литейных чугунов
- •3.1.3. Параметры структуры и свойств
- •3.2.1. Формирование структуры чугуна
- •3.2.2. Влияние структурных составляющих на свойства чугуна
- •3.3. Влияние химического состава, скорости охлаждения и других факторов на структуру чугуна.
- •3.3.1. Влияние химического состава.
- •3.3.3. Влияние скорости охлаждения.
- •3.3.4. Влияние состояния расплава
- •3.3.5. Влияние модифицирования
- •3.3.6. Влияние термической обработки
- •3.4. Основы теории и технологии графитизирующего и сфероидизирующего модифицирования чугуна.
- •3.4.1. Теминология и общие положения
- •3.4.2. Теория графитизирующего модифицирования чугуна
- •Фактическая, в ковше; 2 и 3- Равновесная с углеродом и кремнием соответственно.
- •3.4.3. Теория сфероидизирующего модифицирования чугуна
- •3.5. Плавка чугуна.
- •3.5.1. Выбор плавильного агрегата
- •3.5.2. Плавка чугуна в вагранках Шихтовые материалы, применяемые при ваграночной плавке чугуна
- •Топливом при ваграночной плавке являются кокс и газ.
- •3.6. Плавка чугуна в электропечах.
- •3.6.1. Плавка чугуна в индукционных печах
- •3.6.2. Плавка чугуна в дуговых электрических печах
- •3.6.3. Плавка чугуна дуплекс-процессом
- •3.6.4. Экспресс - контроль чугуна по ходу плавки
- •3.7. Газы и неметаллические включения в чугуне и их влияние на качество отливок.
- •3.7.1 Источники газов и основные закономерности их растворения в чугуне
- •3.7.2. Взаимодействие жидкого чугуна с газами
- •3.7.3. Взаимодействие чугуна с огнеупорными материалами
- •3.7.5. Дегазация чугуна
- •3.7.7. Рафинирование чугуна от неметаллических включений
- •3.8. Литейные свойства чугунов и их влияние на качество отливок
- •3.9. Технологические особенности получения чугунов
- •3.9.1. Особенности получения отливок из серого чугуна
- •3.9.2. Особенности получения отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом
- •3.9.3. Особенности получения отливок из ковкого чугуна
- •Без предварительной обработки; 2 – 4 с обработкой
Раздел 3
Основы технологии производства чугунных отливок
Проф. Э. Б. Тен
Москва-2009
3.1. Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности. Классификация литейных чугунов. Параметры структуры и свойств.
3.1.1. Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности
Чугуны являются наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок, прежде всего машиностроительного назначения. Это обусловлено сочетанием хороших функциональных и технологических свойств с низкой себестоимости их получения. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его качества по показателям прочности и эксплуатационных свойств, совершествания составов и технологии получения.
Чугуны отличаются от стали тем, что при кристаллизации претерпевают эвтектическое превращение. При этом промышленные чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы на основе железа и углерода, дополнительно содержащие постоянные и легирующие компоненты, а также примеси и газы. Железо и углерод образуют основу чугуна, поэтому являются базовыми компонентами. Постоянными компонентами чугуна являются кремний (до 4 %) и марганец (до 1 %). К легирующим компонентам относятся никель, медь, хром, молибден, ванадий и др., а также кремний и марганец сверх обычного содержания. Их вводят в чугун для улучшения параметров структуры и свойств, в том числе придания им специальных свойств. В чугуне также всегда присутствуют фосфор и сера как примеси, а также газы – водород, кислород и азот. Все компоненты, содержащиеся в промышленных чугунах, в той или иной степени сдвигают критическиие точки (вверх или вниз, вправо или влево) относительно их положения в двойной диаграмме состояния Fe-C(Fe3C). Поэтому положение состава промышленного чугуна на диаграмме состояния (Рис. 3.1.1), как правило, не совпадает с содежанием в нем углерода. Для оценки этого отличия используют понятия углеродного эквивалента CЭ и степени эвтектичности SЭ.
Рис. 3.1.1 Диаграмма состояния Fe-C (Fe3C).
Углеродный эквивалент CЭ представляет собой показатель кажущегося содержания углерода в чугуне:
CЭ = C + 0,30 Si + 0,33 P + 0,40 S + 0,25 Cu + 0,07 Ni - 0,03 (0,04) Mn (3.1.1)
Из уравнения (3.3.1) следует, что 1 % кремния, фосфора, серы, меди и никеля смещают точку эвтектики влево эквивалентно 0,30, 0,33, 0,40, 0,25 и 0,07 % углерода, а 1 % марганца, наоборот, смещает эвектическую точку вправо эквивалентно 0,03-0,04 % углерода.
Степень эвтектичности SЭ представляет собой показатель положения чугуна данного состава относительно эвтектического состава:
SЭ = C / [4,26 -0,3 Si - 0,33 P - 0,4 S - 0,25 Cu - 0,07 Ni + 0,03 (0,04) Mn] (3.1.2)
По значению SЭ можно оценить степень отклонения чугуна данного состава от эвтектического состава, для которого SЭ = 1.
Например, чугун, который содержит 3,30 %С, 2,00 %Si, 0,10 % P, 0,07 %S, 0,03 %Cu, 0,02 %Ni и 0,70 %Mn имеет углеродный эквивалент
CЭ = 3,30 + 0,30∙2,00 + 0,33∙0,10 + 0,40∙0,07 + 0,25∙0,03 + 0,07∙0,02 - 0,03∙0,70 = 4,20 %.
При этом степень эвтектичности его равна:
SЭ = 3,30 / [4,26 - 0,30∙2,00 - 0,33∙0,10 - 0,40∙0,07 - 0,25∙0,03 - 0,07∙0,02 + 0,03∙0,70] =
= 3,30 / [4,26 – 0,90] = 3,30 / 3,36 = 0,98.
Это означает, что промышленный чугун с фактическим содержанием углерода 3,3 % при формировании структуры будет вести себя как Fe-C сплав с содержанием углерода 4,20 %, т. е будет иметь структуру эвтектического чугуна, поскольку степень эвтектичности его равна 0,98.
Параметры CЭ и SЭ позволяют пользоваться двойной диаграммой состояния Fe-C (Fe3C) для оценки процессов, протекающих при кристаллизации многокомпонентного чугуна.